关键词：无线通信;PLC;远程监控
换热站系统是为用户采暖而设计的，它将锅炉房供来的一次测高温热水，通过热交换器换成二次测低温热水，再供往各个建筑物进行冬季采暖。目前换热站大都采用人工监控，既浪费人力又存在事故隐患，并且各站之间难以统一调度，容易造成热力失衡。
本系统是对河北省秦皇岛港务局的八个传统换热站进行的改造工程。使用一台计算机作为上位机，通过无线通信，对八个换热站的工作状态进行远程监控。现场采用OMRON公司的PLC进行数据采集、处理、工况监测、故障保护及事故报警。正常情况下，上位机的监控人员根据上传数据可实时通过上位机对该站的水泵进行起停控制，实现换热站的无人值守。
1 系统功能介绍
换热站计算机监控系统按照功能可分为两部分：上位机（监控中心）和下位机（本地PLC）。
1.1 上位机主要功能
（1）巡回检测各换热站及泵房的实时参数,包括各站每台泵的工作状态、过载状态、泵电流，各站二次侧回水压力、出水压力、回水温度、出水温度、水位等。
（2）接收和记录下位机传来的报警信号，包括电源掉电，火警，盗警信号。
（3）远程开、关泵操作。可分别对各站每台泵单独进行起、停控制操作。
（4）使用曲线图、表格方式显示实时数据和历史数据以及表格打印。
1.2 下位机主要功能
（1）现场数据采集和处理，发出执行动作信号，与上位机交换信息。
（2）二次侧回水温度、出水温度、回水压力、出水压力监测。
（3）二次侧各泵电流的监测及电流超高、低限时自动停泵。
（4）二次侧水位监测，超高、低限报警。
2 系统的构成
图1 系统结构图
本系统由作为上位机的计算机、无线数据传输模块、天线、各种传感器、和作为下位机的PLC构成上位机链接系统。上位机提供良好的人机界面，对全网进行监控和管理;下位机直接参与现场控制，通过各种传感器采集实时参数以及发出控制命令。上位机和下位机之间通过无线数据传输设备进行无线通信。其硬件结构如图1。
系统选用的PLC型号为C200HE_CPU42，内置上位机链接单元，安装了数字量信号输入单元ID212，数字量信号输出单元OC224，模拟量信号输入单元AD003和温度传感器单元TS102。
2.1 特殊I/O单元
特殊I/O单元AD003和TS102需要进行单元号的设置，以确定每一路模拟量输入所占用的IR和DM区域。本系统中，模拟量输入为9路，故需要两个AD-003模块，将其对应的单元号分别设为0和1，即分别分配给它们IR100～IR109和DM1000～DM1099，IR110～IR119和DM1100～DM1199。温度输入为2路，故选要一个TS102模块，单元号设为2，分配给它IR100～IR109和DM1000～DM1099。
2.2 无线数据传输模块
本系统采用无线数据传输模块SA68D作为计算机与可编程序控制器的数据传输媒介。计算机（或PLC）和模块之间的通信是通过RS-232异步串口来完成的，该模块在本系统中只作数据传输使用，它与计算机和PLC接线为简单的三线连接即可。
在本系统中，模块以广播的方式发送信息，而通过PLC上位机链接的帧格式中的节点号来判断接收方和发送方。对于节点号不符的信息，将由PLC拒绝接收。
3 上位机链接通信
上位机链接通信用来在PLC和上位机之间传送数据，使得上位机可以使用上位机链接命令监视PLC的运行状态和数据区的内容。还可以使用TXD（—）指令将PLC数据区的数据传送到上位机。
上位机链接通信是一种主从总线通信方式，以上位机作为工业局域网通信的主站，其它所有连入该网的PLC皆为从站。在本系统中，上位计算机监控各换热站工作，各站独立运行，彼此之间无数据交换，故在数据传送方式上属主从通信。
在主站与某一从站建立起联系后，采用有应答方式进行通信，主站以命令帧形式发出命令，从站用响应帧应答。在命令帧或响应帧中包含着需要通信的数据，通过命令帧与响应帧的应答，就能使要交换的数据顺利到达对方。
下面介绍命令帧与响应帧格式。
命令帧格式：
响应帧格式：
FCS校验码用于检查传送时是否存在数据错误。结束码表示命令完成的状态，若PLC正确执行了上位机下达的命令，则结束码为00;若发生了错误，结束码为非0。
4 系统软件设计
本系统主要采用上位机轮询方式进行通信，这种方式,一方面可避免通信总线发生数据冲突,另一方面可确保定时刷新监控主机中各PLC分机的实时数据。而对于PLC主动发出的报警信息，上位机采用中断的方式实现通信。
上位机首先向PLC发出接收数据的指令，PLC接收到来自上位机的指令后，进行判断，看其是否正确，如果正确，则向上位机传送数据（包含首尾校验字节）;否则，PLC拒绝向上位机传送数据。上位机接收到PLC传来的数据后也要进行判断正确与否，如果正确，则接收，否则拒绝接收。
4.1 上位机程序
上位机使用VB编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要完全符合OMRON上位机链接的通信协议;对PLC发回的响应帧，上位机程序必须按其格式进行拆装﹑识别，才能正确分离出交换数据及有用状态信息。
使用VB的通信控件MSCOMM可以方便的初始化串口和通过串口接收、发送信息。图2为上位机轮询通信程序流程图。
4.2 PLC编程
响应帧在PLC的上位机链接单元中自动生成，在PLC中无需用户再编写通信程序。故PLC编程主要解决的是现场的起、停实现;模拟量的数据处理;火警、盗警、电源掉电时，使用TXD命令主动上传报警信号。
经A/D003模块输出的模拟量并不是实际值，需要根据具体情况对其进行数据处理，其流程如图3（a）所示。图3（b）为报警程序流程图。需要注意的是，电源掉电信号是一个从1→0的跳变，而盗警信号是一个脉冲信号，一旦发生，需要将它们保持以得到长报警信号。
图2 轮询通信流程图
（a） 模拟量处理流程图
（b） 报警流程图
结论
在本换热站远程监控系统设计中，主要 解决了两个问题：一是PLC的就地实时监控，二是上位计算机与各站PLC的无线通信。系统结构简洁，经济可靠，可节省大量的人力，并可提高换热站的安全运行水平。
经一年多的实际运行，本系统达到了预期设计要求，降低了热力网的运行成本，取得了明显的经济效益。此外，本多点无线监控网络还可以广泛应用于许多不便由人现场值守的各种领域，有较好的应用前景。
参考文献
[1]郭宗仁.可编程控制器及其通信网络技术.北京：人民邮电出版社，1999：291-361
[2]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2000：1-172
[3]范逸之，陈立元.Visual Basic 与RS-232串行通信控制.北京：清华大学出版社，2002：54-90
[4]温贤发.Visual Basic 6 数据库程序设计高手.北京：科学出版社，2001：226-264
